1 前言　　

近年來，電子設(shè)備及非線性、沖擊性設(shè)備的廣泛應(yīng)用,使電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)造成的污染越來越重，因此消除電網(wǎng)中的諧波污染已成為電能質(zhì)量研究的一個重要課題。目前普遍 采用的并聯(lián)型無源濾波器存在著濾波效果差，對電網(wǎng)參數(shù)敏感。元件體積龐大。嚴(yán)重時會導(dǎo)致串并聯(lián)諧振事故等缺陷。采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)和先進(jìn)控制理論的有源電力濾波器技術(shù)對電網(wǎng)諧波進(jìn)行動態(tài)實(shí)時補(bǔ)償，是目前解決諧波污染問題的一種有效并具有潛力的途徑。

傳統(tǒng)的并聯(lián)型APF的控制方法大都基于瞬時無功理論、自適應(yīng)理論等計算測量方法，首先計算出負(fù)載電流中的諧波成分，然后根據(jù)計算出的諧波電流值。分 別進(jìn)行補(bǔ)償電流和直流側(cè)電容電壓的控制。這種方式需進(jìn)行較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，影響裝置的響應(yīng)速度。在負(fù)荷變化時容易發(fā)生電流畸變?！?br />
針對三相系統(tǒng)采用了一種基于直流側(cè)電容電壓控锘lJl51的APF控制算法，從瞬時有功和無功功率在系統(tǒng)中傳遞的角度出發(fā)，以調(diào)節(jié)電網(wǎng)輸入APF的有功功率為目標(biāo)，直接對輸入電流進(jìn)行控制，省去了檢測有功和無功電流分量的繁瑣過程，使檢測諧波的過程變得簡單。并設(shè)計了一種基于DSP和ARM的全數(shù)字并聯(lián)APF控制器?！　?br />
2 控制策略　

2.1 直流側(cè)電容電壓控制算法　　

通過控制算法使電源側(cè)向電容注入適當(dāng)?shù)哪芰?，以補(bǔ)償電力電子器件開斷造成的損耗，維持直流側(cè)電容電壓H由的穩(wěn)定。實(shí)際補(bǔ)償裝置中的損耗功率在一個周期內(nèi)的積分不為零，會引起u也周期值的變化，該周期值的變化反應(yīng)了逆變器兩側(cè)有功功率的傳遞。

算法控制在交流側(cè)由電源輸入有功電流以補(bǔ)償開關(guān)器件的損耗。交流側(cè)補(bǔ)償功率PA一個周期內(nèi)的積分為：
 


在一個周期內(nèi)的能量變化即直流電容上儲存的電量可表示為：
 


聯(lián)立式（1）和式（2），補(bǔ)償目標(biāo)是使兩式相等。以一個r為單位。可以計算出交流側(cè)等效補(bǔ)償電流的大小。圖1示出據(jù)此設(shè) 計的直流側(cè)電壓的單周期控制框圖。進(jìn)行周期采樣，通過比例積分環(huán)節(jié)對采樣得到的電壓比較值進(jìn)行修正之后，可以得出損耗電流的幅值k。使損耗電流與系統(tǒng)電壓 同相位，以保證其為等效有功電流：控制有功的傳遞情況，以保證穩(wěn)定在某一值附近?！　?br />
由圖1可以看出，u出的調(diào)節(jié)形成負(fù)反饋，滿足了出始終在某一固定值附近的要求。


 
2.2 諧波補(bǔ)償　

對于某一穩(wěn)定諧波源，可通過在控制回路疊加諧波檢測環(huán)節(jié)來補(bǔ)償負(fù)荷的諧波，既可選擇全補(bǔ)償亦可選擇對特定諧波進(jìn)行補(bǔ)償。同時，在諧波檢測環(huán)節(jié)加限幅環(huán)節(jié)。以抵消負(fù)荷突變造成的影響，起到保護(hù)電路的作用。諧波電流的提取可按FFI''''''''方法計算：
 


2.3 總控制框圖　　

圖2示出總控制框圖。目標(biāo)電流輸出包括了控制和諧波電流檢測兩部分內(nèi)容。與補(bǔ)償器實(shí)際輸出的補(bǔ)償電流進(jìn)行滯環(huán)比較。輸出三相PWM信號去控制變流器。
 


3 有源電力濾波器控制系統(tǒng)設(shè)計　

所設(shè)計的APF控制系統(tǒng)采用DSP+ARM雙核結(jié)構(gòu)。DSP完成采樣控制、A／D轉(zhuǎn)換、電壓調(diào)節(jié)和指令電流計算等功能，ARM實(shí)現(xiàn)外圍擴(kuò)展功能?！　?br />
采用近年新推出的一款32位定點(diǎn)數(shù)字信號處理器TMS320F2808。它具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)置：　　

兩個事件管理器模塊各包含兩個16位定時器。完成PWM信號產(chǎn)生、信號指示和故障保護(hù)功能；最小轉(zhuǎn)換時間為160 ns的12位ADC完成數(shù)據(jù)采集：CAN，SCI和SPI通信接口完成快速通信功能。其最高主頻為100 MHz.單個指令周期為10 ns.可以很好地滿足APF控制系統(tǒng)的控制要求。

采用LPC2364型ARM芯片。 它基于一個支持實(shí)時仿真和嵌入式跟蹤的ARMTTDMI.STMCPU微控制器，功能強(qiáng)大且成本效率高。支持10／100 Ethernet、全速USB2.0和CAN2.0B.具有高達(dá)512 kB的FLASH和58 kB的SRAM.可以方便地實(shí)現(xiàn)液晶顯示器與鍵盤組成的人機(jī)接口。以及與上位機(jī)的通信功能?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖3所示。

 

電網(wǎng)中的三相電壓信號、直流側(cè)電壓信號、負(fù)載電流信號以及APF輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理后送往DSP進(jìn)行轉(zhuǎn)換。DSP內(nèi)置 A／D模塊具有12位分辨率、流水線結(jié)構(gòu)。根據(jù)所采樣的數(shù)據(jù)，TMS320F2808運(yùn)算得到的如與APF實(shí)際輸出的補(bǔ)償電流進(jìn)行滯環(huán)比較。輸出三相 PWM信號控制變流器。同時，采用邏輯器件組成了硬件死區(qū)控制方式，配合IGBT模塊設(shè)計了相應(yīng)的邏輯硬件驅(qū)動保護(hù)。以提高系統(tǒng)的可靠性?！　?br />
DSP與ARM之間采用CAN通信方式，通信速度可達(dá)l Mb／s。能很好地滿足高速傳輸數(shù)據(jù)的要求。　

ARM通過CAN總線調(diào)用刖D數(shù)據(jù)并擴(kuò)展FLASH芯片用于存儲數(shù)據(jù)。芯片采用I／O模式的16 MB容量FLASH。板內(nèi)可擴(kuò)展8塊。利用三八譯碼器的輸出作為選通信號。主要用于儲存液晶屏顯示數(shù)據(jù)：ARM芯片采用標(biāo)準(zhǔn)SPI接口。與顯示板交互數(shù) 據(jù)：帶有標(biāo)準(zhǔn)的232／485接口。用于上位機(jī)通訊及通訊口功能的擴(kuò)展。如打印機(jī)等。　

系統(tǒng)程序由主程序和定時器上溢中斷程序組成?！　?br />
主程序負(fù)責(zé)DSP系統(tǒng)初始化和變量初始化。完成對三相系統(tǒng)的采樣。執(zhí)行圖4a中的控制算法，包括數(shù)字鎖相環(huán)、電壓PI調(diào)節(jié)以及id的計算；圖4b所示的中斷程序負(fù)責(zé)三相滯環(huán)比較控制。
 


4 仿真與實(shí)驗(yàn)　　

在不對稱諧波負(fù)荷情況下，使用電力仿真軟件EMTP進(jìn)行了仿真（波形略）。從仿真結(jié)果來看，補(bǔ)償前的三相系統(tǒng)電流，屯波形不對稱、非正弦，且含有大量諧波；補(bǔ)償后ih，譏，ik對稱且與系統(tǒng)電壓同相位?！　?br />
圖5示出采用所設(shè)詩的APF進(jìn)行補(bǔ)償后的實(shí)測波形。對比兩圖，補(bǔ)償后諧波含量明顯減小，APF諧波補(bǔ)償效果明顯。
 


5 結(jié)論　　

針對三相系統(tǒng)設(shè)計了一種基于DSP—ARM全數(shù)字控制的并聯(lián)有源電力濾波器。采用了基于能量守恒原理的直流側(cè)電壓控制方法，該方法能對諧波實(shí)現(xiàn)全補(bǔ) 償。并且該控制策略對于不平衡的三相系統(tǒng)仍然有效。對不對稱諧波源進(jìn)行補(bǔ)償后可使三相電流保持對稱。仿真與實(shí)際測試結(jié)果表明了該控制策略的正確性?？墒瓜?統(tǒng)具有良好的諧波抑制特性和響應(yīng)速度。